CN110053467A - 一种行星式纯电动动力系统及一种商用车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种行星式纯电动动力系统及一种商用车，系统包括第一电机、第二电机和换挡机构，换挡机构包括换挡轴、第一从动齿轮和第二从动齿轮，换挡轴能够与第一从动齿轮和第二从动齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡，第一电机通过第一传动机构连接第二从动齿轮，第二从动齿轮通过第二传动机构连接系统输出轴，第二电机连接换挡轴，第一从动齿轮通过变速机构连接系统输出轴，第二传动机构与变速机构的传动比不一样。该动力系统可以根据实际需要切换到相应的工作挡位上，使得在满足车辆工况行驶需求的前提下，电机始终处于高效率区域工作，从而提升系统效率。利用换挡机构的低挡位能够降速增扭，大大提高系统爬坡性能，系统动力性好。

Description

一种行星式纯电动动力系统及一种商用车

技术领域

本发明涉及一种行星式纯电动动力系统及一种商用车。

背景技术

纯电动汽车已成为清洁、高效汽车的发展方向，是解决环保和节能问题的最佳途径之一，也是我国汽车工业可持续发展的必然选择。纯电动汽车采用何种动力构型作为动力驱动装置，已成为当前纯电动汽车动力系统技术研究的热点。其中，商用车动力系统也逐渐在向纯电动方向发展，目前纯电动商用车的动力系统主要采用单电机+变速箱驱动、电机直接驱动、双电机直接驱动等构型。单电机、双电机驱动构型对电机输出扭矩及转速要求较高，单电机+变速箱驱动构型虽降低电机的扭矩及转速，但自身的换挡问题及功单一问题不能满足市场需要。目前纯电动商用车动力系统主要存在问题：单电机+变速箱系统构型，无论是采用自动还是手动变速箱，在驱动过程中，由于换挡存在动力中断、换挡过程不平顺等问题，影响车辆加速及驾驶体验；在制动过程中，若进行换挡操作，此阶段车辆无电制动扭矩，车辆制动减速度会突变减小存在制动风险，会迫使司机深踩制动踏板，利用气/液制动减缓车速，影响能量回收，所以此类系统在制动时不能进行换挡操作，保持当前挡位进行制动。但此状态下受系统传动效率影响，电能回收不可控。电机直接驱动构型，有单电机直接驱动和双电机直接驱动两种型式，主要缺点是电机重量大、功率大，车辆的大部分工作时间内，不需要动力系统发挥最大的扭矩和功率，导致动力系统的功率冗余、成本高。

基于两种系统的存在的问题，结合纯电动商用车的实际需求亟需开发出更合理的新动力系统构型。

为了解决现有系统存在的问题，授权公告号为CN206528310U的中国专利文件中公开了一种纯电动车辆动力总成系统，包括两个电机和一个行星排，在低速时单个电机驱动，中高速时两个电机动力耦合共同输出，保证动力所需。虽然该系统能够根据不同的需求选择不同的电机驱动模式，但是，该系统仅仅实现单个电机驱动或者两个电机共同驱动输出两种驱动模式，各驱动模式不能进一步划分成不同的工作模式，也就不能根据不同的动力需求进行相应的工作模式的切换，即无法根据实际需求进一步切换到合适的工作档位，在不合适的工作模式下，有可能会造成电机没有在高效率区域工作，进而造成系统工作效率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种行星式纯电动动力系统，用以解决现有的动力系统驱动模式划分比较简单，无法根据实际需求进一步切换到合适的工作挡位的问题。本发明同时提供一种商用车。

为实现上述目的，本发明包括以下技术方案。

系统方案一：本方案提供一种行星式纯电动动力系统，包括第一电机和第二电机，还包括换挡机构，所述换挡机构包括换挡轴、第一从动齿轮和第二从动齿轮，换挡轴能够与第一从动齿轮和第二从动齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡，所述第一电机通过第一传动机构连接所述第二从动齿轮，所述第二从动齿轮通过第二传动机构连接系统输出轴，所述第二电机连接所述换挡轴，所述第一从动齿轮通过变速机构连接所述系统输出轴，所述第二传动机构与变速机构的传动比不一样，以使所述换挡轴与第一从动齿轮结合时输出的扭矩与所述换挡轴与第二从动齿轮结合时输出的扭矩大小不相等。

本方案提供的行星式纯电动动力系统具有一个电机单独驱动模式和两个电机同时驱动模式，因此，双电机可在不同的扭矩和功率需求时，分别驱动或共同驱动，降低电机的扭矩和功率冗余，整车驱动效率高。而且，不管是第二电机单独驱动还是两个电机同时驱动，第二电机通过换挡机构可以通过第二传动机构输出扭矩或者通过变速机构输出扭矩，由于这两种方式输出的扭矩大小不一样，因此，可以根据实际需要比如根据不同的车速和工况需求切换到相应的工作挡位上，保证输出所需的扭矩，使得在满足车辆工况行驶需求的前提下，第二电机始终处于高效率区域工作，从而提升系统效率。利用换挡机构的低挡位能够降速增扭，大大提高系统爬坡性能，系统动力性好，而且，在变速机构具有降速增扭的前提下，第二电机还可以为较小扭矩的电机，从而降低成本。另外，在制动时也可以选择只利用其中一个电机进行能量制动回收，也可以选择两个电机同时进行能量回收，当第二电机单独回收或者两个电机同时回收时，可以根据需要选择相应的挡位，以适用于中高速制动模式还是中低速制动模式，当两个电机同时回收时，还适用于大扭矩制动、持续下坡制动或者告诉制动等模式。还有就是，在换挡机构或制动器空挡状态时，第一电机与第二电机可为车辆中其他其它装置提供动力输出，使系统功能多样化。而且，第一电机还能够补偿换挡机构在换挡过程中的扭矩中断，解决换挡机构换挡时动力中断问题，实现无断动力换挡，保证系统动力输出的连续性，防止换挡出现顿挫感。

系统方案二：在系统方案一的基础上，所述第二传动机构为传动轴。第二从动齿轮直接连接系统输出轴，也就是说，第二电机通过换挡机构可以通过直接输出扭矩或者通过变速机构输出扭矩，能够进一步保证两者输出的扭矩大小不一样，而且，还能够减低系统的复杂度以及投入成本。

系统方案三：在系统方案一或二的基础上，所述第一传动机构为行星排，所述行星排中的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是第一端，一个是第二端，一个是第三端，所述第一电机连接所述第二端，所述第三端连接所述第二从动齿轮。

系统方案四：在系统方案三的基础上，所述第一端为太阳轮，第二端为行星架，第三端为齿圈，所述太阳轮通过制动器连接壳体。

当第一电机单独驱动或者两个电机同时驱动时，通过制动器锁止太阳轮实现第一电机的高速驱动，提高动力系统的效率。而且，利用行星排能够对第一电机进行降扭增速，较易实现高车速，降低了电机高速弱磁损失，系统效率高。

系统方案五：在系统方案一或二或四的基础上，所述换挡轴为换挡拨叉。

系统方案六：在系统方案一或二或四的基础上，所述变速机构由第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合构成，所述第一从动齿轮依次通过第二传动齿轮和第一传动齿轮连接系统输出轴。

系统方案七：在系统方案三的基础上，所述变速机构和换挡机构构成变速箱，所述第一电机、第二电机、行星排和变速箱同轴布置。

同轴设置保证动力传递路线较短，动力输出集中，可实现系统集成式结构设计，方便运输安装。

商用车方案一：本方案提供一种商用车，包括一种行星式纯电动动力系统，所述动力系统包括第一电机和第二电机，还包括换挡机构，所述换挡机构包括换挡轴、第一从动齿轮和第二从动齿轮，换挡轴能够与第一从动齿轮和第二从动齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡，所述第一电机通过第一传动机构连接所述第二从动齿轮，所述第二从动齿轮通过第二传动机构连接系统输出轴，所述第二电机连接所述换挡轴，所述第一从动齿轮通过变速机构连接所述系统输出轴，所述第二传动机构与变速机构的传动比不一样，以使所述换挡轴与第一从动齿轮结合时输出的扭矩与所述换挡轴与第二从动齿轮结合时输出的扭矩大小不相等。

商用车方案二：在商用车方案一的基础上，所述第二传动机构为传动轴。

商用车方案三：在商用车方案一或二的基础上，所述第一传动机构为行星排，所述行星排中的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是第一端，一个是第二端，一个是第三端，所述第一电机连接所述第二端，所述第三端连接所述第二从动齿轮。

商用车方案四：在商用车方案三的基础上，所述第一端为太阳轮，第二端为行星架，第三端为齿圈，所述太阳轮通过制动器连接壳体。

商用车方案五：在商用车方案一或二或四的基础上，所述换挡轴为换挡拨叉。

商用车方案六：在商用车方案一或二或四的基础上，所述变速机构由第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合构成，所述第一从动齿轮依次通过第二传动齿轮和第一传动齿轮连接系统输出轴。

商用车方案七：在商用车方案三的基础上，所述变速机构和换挡机构构成变速箱，所述第一电机、第二电机、行星排和变速箱同轴布置。

附图说明

图1是行星式纯电动动力系统结构图。

具体实施方式

商用车实施例

本实施例提供一种商用车，包括一种行星式纯电动动力系统，当然，还包括其他的组成部分。但是，由于其他组成部分不是本发明的保护点，因此，这里就不再具体说明，以下针对图1对行星式纯电动动力系统进行详细说明。当然，行星式纯电动动力系统并不仅仅适用于商用车，还可以适用于其他种类的车辆。

行星式纯电动动力系统包括第一电机、第二电机和第一传动机构，第一电机对应图1中电机1，第二电机对应图1中的电机8。本实施例中，第一传动机构以行星排为例，当然，第一传动机构并不局限于行星排，作为其他的实施例，第一传动机构还可以是其他机构，比如：单个离合器，离合器与传动齿轮构成的传动机构，或者现有的减速机构等，还可以只是简单的传动轴。

行星排包括三个端，分别称第一端、第二端和第三端，由于行星排的三个端分别是太阳轮16、行星架2和齿圈13，因此，第一端、第二端和第三端分别与太阳轮16、行星架2和齿圈13中的其中一个一一对应。而且，系统还包括变速箱以及第二传动机构。变速箱包括换挡机构和变速机构。换挡机构包括换挡轴、第一从动齿轮和第二从动齿轮，如图1所示，换挡轴以常见的换挡拨叉7为例，当然，也可以是其他具有相同功能的机构。第一从动齿轮和第二从动齿轮分别对应图1中的传动齿轮11和传动齿轮12，换挡拨叉7可以与传动齿轮11和传动齿轮12中的其中一个啮合，实现两个挡位切换输出，还可以与传动齿轮11和传动齿轮12均不啮合，此时处于空挡状态。

电机1的输出轴15连接行星排的第二端，行星排的第三端连接传动齿轮12，传动齿轮12通过第二传动机构连接系统输出轴9，电机8的输出轴10连接换挡拨叉7，传动齿轮11通过变速机构连接系统输出轴9。

换挡机构能够实现挡位切换，当换挡拨叉7与传动齿轮11结合时，电机8通过变速机构输出扭矩，当换挡拨叉7与传动齿轮12结合时，电机8通过第二传动机构输出扭矩，变速机构与第二传动机构内部的传动比不相等，这两种情况下输出的扭矩不相等。变速机构与第二传动机构是两个传动比不相等的机构，为了便于说明，以下给出一种具体的实施方式，当然，本发明并不局限于以下实施方式。第二传动机构以传动轴为例，也就是说，传动齿轮12直接连接系统输出轴9，如图1所示，而变速机构能够改变输入的扭矩，以输出不同于输入扭矩的输出扭矩，那么当然，直接输出与通过变速机构输出的扭矩是不相等的。

行星排的第一端、第二端和第三端与太阳轮16、行星架2和齿圈13的对应关系并不唯一，原则上总共有六种对应关系，不同的对应关系代表机械传动变比不同，因此，在满足运行要求的前提下，具体的对应关系可以根据实际需要进行设定，本实施例中，给出一种具体的对应关系：第一端为太阳轮16，第二端为行星架2，第三端为齿圈13。那么，电机1的输出轴15连接行星架2，齿圈13连接传动齿轮12，太阳轮16通过制动器14连接壳体。

利用行星排可以实现电机1的降扭增速，较易实现高车速，降低了电机高速弱磁损失，系统效率高。变速机构能够改变输入扭矩，使输出的扭矩与输入不同，那么，电机8直接输出和通过变速机构输出的扭矩大小不一样，因此，通过换挡机构的挡位切换，实现电机8直接输出或者通过变速机构输出，能够输出高低两个扭矩，低挡位实现减速增扭，高挡位实现增速减扭，那么，电机8通过变速机构的减速增扭作用能够提升输出扭矩从而提升动力系统爬坡性能，而且，利用换挡机构的低挡位能够降速增扭，大大提高系统爬坡性能，系统动力性好；利用换挡机构的高挡位能够增速降扭，实现高速行驶。

本实施例给出变速机构的一种实现方式，变速机构包括第一传动齿轮和第二传动齿轮，如图1所示，第一传动齿轮对应图1中的传动齿轮3，第二传动齿轮对应图1中的传动齿轮6，传动齿轮11依次通过传动齿轮6和传动齿轮3连接系统输出轴9。

本实施例中，电机1、电机8、行星排和变速箱同轴布置，这种布置方式能够有效降低动力传递路线的长度，动力输出集中，可实现系统集成式结构设计，方便运输安装。而且，电机8转子采用空心轴和换挡拨叉7连接。

另外，动力电池4通过电机控制器5电连接电机1和电机8。

通过电机1、电机8、行星排以及变速箱的相互配合，能够实现电机1单独驱动、电机8单独驱动、双电机联合驱动等多个工种模式，制动时可以根据制动功率需求，调节电机工作模式，可以由电机1、电机8或两个电机同时进行制动，以保证最大的制动能量回收。各工作模式具体如下：

纯电动驱动模式1：

电机1单独驱动、电机8不工作。制动器14开启工作，即制动器14处于制动锁止状态，电机1单独驱动车辆行驶，电机1输出扭矩通过行星排传递给系统输出轴9，用于驱动车辆行驶。此时换挡机构处于空挡状态，电机8转速为零，以消除电机8和变速箱控制带来的损失。该驱动模式通常适用于中高速行驶模式。

纯电动驱动模式2：

电机1不工作、电机8单独驱动。制动器14关闭工作，即制动器14处于分离状态，电机8单独驱动车辆行驶，动力通过电机8的输出轴10传递给变速箱，经变速箱减速增扭后，通过齿轮传递给系统输出轴9，用于驱动整车行驶。其中，换挡机构根据不同的车速和工况需求选择不同的工作档位，使得在满足车辆工况行驶需求的前提下，电机8始终在高效率区域工作，从而提升系统效率。该驱动模式通常适用在车辆中低速行驶状态下。

纯电动驱动模式3：

电机1和电机8同时驱动。制动器14开启工作，即制动器14处于制动锁止状态，电机1和电机8同时驱动车辆行驶，电机1输出扭矩通过行星排传递给系统输出轴9，用于驱动车辆行驶，电机8输出动力输出给变速箱，经变速箱减速增扭后通过齿轮传递给系统输出轴9。该模式中，电机8的动力可通过换挡机构中的低挡与电机1耦合驱动，可以实现低速行驶时的最大的爬坡度，电机8的动力还可通过换挡机构中的高挡与电机1耦合驱动，可以实现最高车速行驶。

制动模式1：

电机1单独实现制动回馈能量，电机8不工作。此模式下制动器14开启工作，即制动器14处于制动锁止状态，换挡机构处于空挡状态。该模式通常适用于中高车速制动模式。

制动模式2：

电机1不工作，电机8单独实现制动回馈能量。此模式下制动器14关闭工作，即制动器14处于分离状态，电机8单独工作，用于制动回收，电机1不工作。换挡机构根据不同的车速和工况需求选择不同的工作档位，实现电机8在不同的车速下以合适的制动方式进行制动能量回收。当然，换挡机构也可以保持之前所处于的挡位上。该模式通常适用于中低车速制动模式。

制动模式3：

电机1和电机8同时回馈。制动器14开启工作，即制动器14处于制动锁止状态，此模式下电机1和电机8同时工作，用于制动回收。该模式通常适用于大扭矩制动、持续下坡制动或高速制动等模式。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述动力系统的硬件构型，并不局限于具体的工作模式，在系统硬件结构的基础上，任何工作模式均在本发明的保护范围内。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

行星式纯电动动力系统实施例

本实施例提供一种行星式纯电动动力系统，该动力系统可以单独保护，并且，该动力系统并不局限于商用车，还可以应用在其他种类的车辆上。由于该动力系统的结构以及工作模式等已在上述商用车实施例中给出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

Claims (10)

1.一种行星式纯电动动力系统，包括第一电机和第二电机，其特征在于，还包括换挡机构，所述换挡机构包括换挡轴、第一从动齿轮和第二从动齿轮，换挡轴能够与第一从动齿轮和第二从动齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡，所述第一电机通过第一传动机构连接所述第二从动齿轮，所述第二从动齿轮通过第二传动机构连接系统输出轴，所述第二电机连接所述换挡轴，所述第一从动齿轮通过变速机构连接所述系统输出轴，所述第二传动机构与变速机构的传动比不一样，以使所述换挡轴与第一从动齿轮结合时输出的扭矩与所述换挡轴与第二从动齿轮结合时输出的扭矩大小不相等。

2.根据权利要求1所述的行星式纯电动动力系统，其特征在于，所述第二传动机构为传动轴。

3.根据权利要求1或2所述的行星式纯电动动力系统，其特征在于，所述第一传动机构为行星排，所述行星排中的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是第一端，一个是第二端，一个是第三端，所述第一电机连接所述第二端，所述第三端连接所述第二从动齿轮。

4.根据权利要求3所述的行星式纯电动动力系统，其特征在于，所述第一端为太阳轮，第二端为行星架，第三端为齿圈，所述太阳轮通过制动器连接壳体。

5.根据权利要求1或2或4所述的行星式纯电动动力系统，其特征在于，所述换挡轴为换挡拨叉。

6.一种商用车，包括一种行星式纯电动动力系统，所述动力系统包括第一电机和第二电机，其特征在于，还包括换挡机构，所述换挡机构包括换挡轴、第一从动齿轮和第二从动齿轮，换挡轴能够与第一从动齿轮和第二从动齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡，所述第一电机通过第一传动机构连接所述第二从动齿轮，所述第二从动齿轮通过第二传动机构连接系统输出轴，所述第二电机连接所述换挡轴，所述第一从动齿轮通过变速机构连接所述系统输出轴，所述第二传动机构与变速机构的传动比不一样，以使所述换挡轴与第一从动齿轮结合时输出的扭矩与所述换挡轴与第二从动齿轮结合时输出的扭矩大小不相等。

7.根据权利要求6所述的商用车，其特征在于，所述第二传动机构为传动轴。

8.根据权利要求6或7所述的商用车，其特征在于，所述第一传动机构为行星排，所述行星排中的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是第一端，一个是第二端，一个是第三端，所述第一电机连接所述第二端，所述第三端连接所述第二从动齿轮。

9.根据权利要求8所述的商用车，其特征在于，所述第一端为太阳轮，第二端为行星架，第三端为齿圈，所述太阳轮通过制动器连接壳体。

10.根据权利要求6或7或9所述的商用车，其特征在于，所述换挡轴为换挡拨叉。